1 南通大学 机械工程学院，江苏 南通 226019
2 西安交通大学 电子与信息学部，陕西 西安 710049
3 南京华群光电技术有限公司，江苏 南京 210000
4 中国科学院西安光学精密机械研究所，陕西 西安 710119
针对目前的红外成像光学系统在机器视觉工业检测领域难以同时实现成像质量好和结构紧凑设计的问题，提出了一种宽光谱可见-短波红外成像光学系统的设计方法。运用光学设计软件ZEMAX设计了一种适用于可见光和短波红外的红外成像光学系统。该系统由7组10片透镜组成，利用多组双胶合透镜来消色差，在第15个面使用非球面提高成像质量，最后对系统的成像质量进行研究。设计结果表明：该系统的的工作波长为0.4~1.7 μm，全长为79.6 mm，F数为2.8，焦距为25.7 mm，畸变小于1.4%，调制传递函数值在奈奎斯特频率100 lp/mm处均大于0.4 ，接近衍射极限，成像质量良好。该系统可以对光滑表面的装配件进行缺陷检测，具有结构简单、易于加工装调的优点，有助于高效地完成机器视觉检测。
宽谱段 光学设计 可见光成像 红外成像 机器视觉 broad spectrum optical design visible light imaging infrared imaging machine vision 红外与激光工程
2023, 52(4): 20220638
1 四川大学电子信息学院, 四川 成都 610065
2 四川大学空天科学与工程学院, 四川 成都 610065
在先进制造中要求对加工的部组件进行在线质量检测,条纹投影三维测量技术因符合在线、非接触的要求而被采用。然而,金属材质表面反射率差异较大会导致拍摄结构光图像过曝和欠曝光,这会造成最终测量数据的缺失或出错。针对该问题,以直接测量得到的不完整点云数据和由计算机辅助设计(CAD)得到的元件设计数据进行迭代最近点(ICP)点云配准,进而得到相机坐标系下的被测物体估算面形的点云数据。将该数据作为预估面形,结合系统标定参数,可建立投影与成像间同名点的图像强度对应关系。利用相机对待测元件上每一点的光强成像响应曲线计算出投影灰度范围和最低投影灰度。最后,利用生成的非等值系数投影光栅进行高反光元件的三维形貌测量。实验结果表明,所提方法在不改变测量系统结构参数和不增加测量系统结构复杂性的情况下,可以更完整地实现高反光元件的三维面形测量。
测量 工业检测 高反光元件 条纹投影 相机响应曲线
光子学报
2021, 50(12): 1201001
1 四川大学电子信息学院, 四川 成都 610065
2 四川大学空天科学与工程学院, 四川 成都 610065
双目结构光三维形貌测量技术在测量高反光物体的过程中,左右图像中对应物体表面的不同位置处出现过度曝光的现象,致使对应区域的相位数据无效。首先将投影系统作为反向相机并与双目系统共同组成多视系统,然后对物体表面的每一点进行多视系统匹配,接着通过调制度来判断每一像素对应相位的有效性,舍弃过曝光图像区域的像素以获得双视共线方程,最后由整体多视方程同时实现三维点云重建。该方法能够有效解决坐标系转换、多系统重建结果的数据冗余和融合误差等问题。实验结果表明,所提方法在500 mm×700 mm大小的视场范围内能够很好地对高反光物体进行完整的三维形貌测量。
测量 三维形貌测量 条纹投影 高反光表面 多视方程 光学学报
2021, 41(22): 2212002
红外与激光工程
2020, 49(6): 20200049
1 中国地质大学(武汉)珠宝学院, 湖北 武汉 430074
2 中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室, 湖北 武汉 430074
采用激光诱导击穿光谱(LIBS)技术定量分析缅甸翡翠中Fe元素的浓度。 选择Fe元素的275.57 nm光谱线作为定量分析谱线, 选取Si元素的288.17 nm光谱线作为内标谱线, 选取12个缅甸翡翠样品作为研究对象, 以其中9个样品绘制了传统定标法和内定标法的Fe元素定标曲线, 并将定标曲线用于3个检验样品的Fe含量的实际预测。 实验结果表明, 采用传统定标方法时, 定标样品光谱强度的相对标准偏差(RSD)在1.4%～8.3%之间, 所建立的Fe元素浓度含量定标曲线的拟合相关系数R2为0.979, 使用该方法建立的定标曲线对3个检验样品中Fe元素含量进行测定, 最大相对误差为10.6%; 而采用内定标法时, 定标样品光谱强度的比值(IFe/ISi)的相对标准偏差(RSD)在0.9%～5.7%之间, Fe的拟合相关系数R2达到0.989, 样品中Fe元素的测定相对误差均可降低到7%以下。 结果证明, 利用内定标法定量分析翡翠中Fe的含量比传统定标法相对误差更小, 采用LIBS技术结合内定标法更适于缅甸翡翠样品中Fe元素定量分析。
缅甸翡翠 激光诱导击穿光谱 光谱分析 传统定标 内定标 Myanmar jades LIBS Spectral analysis Traditional method Internal standard method
1 中国科学院西安光学精密机械研究所 空间光学应用研究室, 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100039
在完善基于有限元分析的跨平台综合优化流程的基础上, 获得了反射镜最优结构参数,并通过21阶Zernike多项式面形拟合得到球差是导致反射镜形变过程中面形精度退化的主导像差模式.根据有限元优化得到的最优结构参数研制了第二块气动驱动渐变厚度变曲率反射镜样片(口径135 mm, 中心厚度8 mm, 初始曲率半径2 807 mm)并进行了曲率变化能力及面形精度保持试验研究.研制工艺的改进使本文所研制的变厚铝合金反射镜初始面形精度优于λ/80(632.8 nm), 当驱动气压达到约0.07 MPa时, 反射镜中心形变量接近37 μm并且去掉球差影响后的面形精度可以优于λ/40(632.8 nm).与前期所研制的第一块样片相比, 第二块样片的中心形变能力以及面形精度保持能力均显著提升.
光学变焦 无运动部件变焦 变曲率反射镜 气动驱动 变厚 薄板弹性理论 Optical zooming Zooming without macroscopic moving elements Variable curvature mirror Pressurization actuation Variable mirror thickness Elasticity theory of thin plate 光子学报
2017, 46(10): 1011002
1 中国科学院西安光学精密机械研究所, 陕西 西安 710119
2 河南科技大学物理工程学院, 河南 洛阳 471023
3 广东工业大学物理与光电工程学院, 广东 广州 510006
完美涡旋光场具有亮环半径不随拓扑荷值改变而改变的优点, 在微粒操纵及量子通信等领域具有重要的应用价值, 已成为近年来光场调控领域的研究热点。介绍了产生完美涡旋光场的三种典型方法, 综述了完美涡旋光场的调控技术及表征方法, 并对其应用进行了总结。
物理光学 光场调控 完美涡旋 激光与光电子学进展
2017, 54(9): 090007
中国地质大学(武汉)珠宝学院， 湖北 武汉 430074
采用激光诱导击穿光谱（LIBS）技术结合偏最小二乘判别分析（PLS-DA）对新疆、青海和俄罗斯的白色软玉进行产地研究。选取产自新疆（和田、于田、且末）、青海（格尔木）、俄罗斯（贝加尔湖）的146个白色软玉样品作为样品集，从样品集中随机抽取111个样品作为校正集，用于建立PLS-DA识别模型，剩余35个样品作为验证集，用于检验PLS-DA识别模型的预测效果。采用LIBS对三个产地的软玉样品进行成分分析，选择Na、K、Al、Li、Be、Mn、Sr、Zr、Ba、Y、Ce作为目标元素，并选取589.995，766.490，396.152，670.793，313.042，257.610，407.771，389.138，455.403，437.493，401.239 nm处的谱线作为目标元素的分析谱线，选取Si元素作为内标元素，以其在 288.158 nm处的谱线作为内标元素分析谱线，分别计算各目标元素与内标元素的谱线强度的比值Rx，由Rx组成自变量矩阵，用于模型的建立与预测。实验结果表明，采用LIBS结合PLS-DA建立的产地识别模型，其校正自变量和验证自变量与实际分类变量的相关系数都大于0.9，PLS-DA识别模型的交叉验证均方根误差和预测均方根误差均小于0.29，PLS-DA产地识别模型对验证集中新疆（和田、于田、且末）、青海（格尔木）、俄罗斯（贝加尔湖）产地的35个白色软玉样品的识别正确率为92%。研究表明，采用LIBS结合PLS-DA能够快速有效识别三大产地的白色软玉。
光谱学 激光诱导击穿光谱 产地识别 偏最小二乘判别分析 白色软玉 光谱分析 中国激光
2016, 43(12): 1211001
